중국 과학자들은 최근 관련 연구를 통해 나노 발전기를 이용하여 `나노 필름 풍력 발전 시스템(Nanofilms wind power generation system)`을 개발하는데 성공함으로써 풍력발전을 위해 새로운 가능성 경로를 제공하여 이슈가 되고 있다.

연구팀은 면적이 25㎠에 달하는 나노 필름(Nanofilms) 발전기가 헤어드라이어(Hair dryer)에 의한 풍력을 써서 필름 간의 마찰을 통해 전기 에너지를 생성시키면서 순간적으로 즉시 동시에 약 900개에 달하는 발광 다이오드(Light-emitting diodes)를 점등시켰다.

중국과학원 외국 국적 원사(院士)이며 미국 조지아 공대(Georgia Institute of Technology) 교수인 왕중린(王中林) 연구팀은 지난 2006년도에 나노 발전기를 발명하였다. 나노 발전기는 미국의 `새로운 과학자` 학술지로부터 "미래 10~30년 후 휴대폰 발명과 동일한 중요성과 영향력을 보유한 10대 중요한 기술 중 하나로 될 것"이라는 평가를 받았다. 최근 일부 선진국에서는 나노 발전기 연구개발 붐이 일어났으며 중국 내 적지 않은 과학연구 기관에서도 관련 연구를 추진해 온 상황이다.

나노 발전기의 에너지 수집 환경 중에서 공기 혹은 물의 유동, 엔진 회전, 에어컨 혹은 기타 기계 운전과 같은 기계 에너지는 전기 에너지로 변환되어 에너지 시스템의 마이크로화 혹은 자체 공급 타입의 전원(電源) 실현을 위한 가능성을 제공하고 있다.

지난 2012년부터 쉬촨이(徐傳毅) 박사(미국 조지아 공대 왕중린 원사 연구실에서 유학을 마치고 귀국함) 연구팀은 중국 허베이성(河北省) 탕산시(唐山市) 정부의 지원을 받아 나노 발전기에 대한 전문 연구개발을 실행하고 압전(壓電) 타입, 마찰 타입, 복합 타입 등 다양한 타입의 신형 나노 발전기를 개발하였는데 송출 전압은 최초의 몇 밀리 볼트(Millivolt)에서 2,000KV 수준에 도달한 상황이다.

쉬촨이 박사 연구팀은 최근 나노 발전기와 풍력발전 기술을 결합하여 `나노 필름 풍력발전기` 연구개발을 실행하고, `나노 필름 풍력발전기 구조`에 대한 디자인을 실행한 동시에 `저장 회로 시스템`에 대한 연구를 실행하였으며, 관련 `실험 검증` 작업도 실행하였다. 연구팀은 지금까지 31건에 달하는 관련 특허를 신청한 상황이며, 그 중 `하이파워 나노 마찰 발전기`, `나노 필름 풍력발전 장치` 등 10건의 기술은 특허권을 취득한 상황이다.

풍력발전기는 풍력발전 시스템의 핵심 부품으로서 기계 에너지가 전기 에너지로의 변환을 실현하는데 있어서의 중요한 장치가 된다. 하지만 전통적인 풍력발전기는 체적이 방대하고, 제조 원가가 높고, 제어 및 보수 요구가 매우 높은 상황이다.

`나노 필름 풍력발전 시스템`의 핵심 부품은 `필름 타입의 나노 발전기`이다. `나노 발전기`는 체적이 작고, 무게가 가볍고, 가공 가능성이 강한 강점을 보유하고 있다. 전통 풍력발전기는 풍차를 통해 풍력을 수집하기 때문에 에너지 수집 방식이 단일한 상황이다.

하지만 `나노 필름 풍력발전 시스템`은 풍력 압출, 나노 필름 마찰을 통해 전기 에너지를 생성시키며 전통적인 태양 에너지, 기존의 풍력발전 시스템과 통합하여 사용할 수 있기 때문에 더욱 많은 에너지를 수집할 수 있는 방식을 제공할 수 있게 될 것으로 전망된다.

연구팀은 현재 기존의 연구개발 성과를 기반으로 `나노 필름 풍력발전기 재료`에 대한 마이크로 가공, 에너지 저장 제어 시스템, 태양광 발전 시스템과의 통합 관련 연구개발을 지속적으로 추진하여 `나노 필름 풍력발전 시스템`의 산업화 진척을 가속화하기 위한 후속 작업을 실행하고 있다.

 

 

新华网北京9月2日电（记者李斌）一个面积约25平方厘米的纳米薄膜发电机，借助电吹风的风力，通过薄膜间的摩擦产生电能，瞬间同时点亮900多个发光二极管……由多位归国博士组成的我国科研团队不久前利用纳米发电机研制出纳米薄膜风力发电系统，给风力发电增添了新的可能路径。

由中科院外籍院士王中林团队2006年发明的纳米发电机，曾被美国《新科学家》期刊评为未来10到30年以后可以和手机发明具有同等重要性和影响的十大重要技术之一。近年来，在一些发达国家形成了纳米发电机研发热潮，国内也有不少科研院所进行研究。

纳米发电机能收集环境中的机械能如空气或水的流动、引擎的转动、空调或其他机器的运转等并转变为电能，为实现能源系统的微型化或自供型电源带来了可能。

最近1年多来，在河北省唐山市等支持下，由归国博士徐传毅率领的研发团队对纳米发电机进行了大量研究，研发出压电式、摩擦式、复合式等多种新型纳米发电机，输出电压从最初的几毫伏发展到逾两千伏。

研发团队将纳米发电机和风力发电结合起来，开展了纳米薄膜风力发电机的初步结构设计和储存电路系统研究，进行了初步实验验证，迄今已申请31项相关专利，“高功率纳米摩擦发电机”“风力发电装置”等10项获得授权。

风力发电机是风力发电系统的核心部件，是实现机械能转换成电能的重要装置。然而，传统风力发电机体积庞大，成本高昂，控制和维护要求也很高。

“纳米薄膜风力发电系统的核心部件是薄膜式纳米发电机，体积小、重量轻、可加工性强。”研发团队具体负责人、曾在英国从事微纳米器件研发的赵豪博士说。

传统风力发电机通过风车收集风力，能源收集方式单一。专家指出，纳米薄膜风力发电系统可通过风力挤压、摩擦纳米薄膜产生电能，还可和传统太阳能、现有风能发电系统组合起来使用，有望提供更多的能源收集方式。

下一步，科研人员计划在纳米薄膜风力发电机材料微加工、储能控制系统、与太阳能发电结合等方面加强研发，加快产业化进程。